Последователно свързани резистори – решена задача от учебна практика по електротехника с таблици, схеми и проверка на закона на Ом

Четири задачи, в които всички предложени отговори са числено правилни и се различават единствено по порядъка си. Решаващо е преобразуването на мерните единици. Тест със задачи върху закона на Ом към учебната практика по електротехника и градивни елементи. Материалът е кратък и напълно готов за провеждане: четири задачи с избираем отговор, всяка с по три възможности, без нужда от предварителна подготовка или допълнителни материали. Първите три задачи работят с една и съща зависимост, но всеки път неизвестното е различно. В първата се търси едната величина при зададени други две, във втората се изхожда от измерени стойности на действащ консуматор, а в третата се изисква пресмятане на пад на напрежение. Така се проверява не дали формулата е запомнена, а дали се преобразува свободно в трите възможни посоки. Четвъртата задача е съществено по-обемна. В нея са зададени три консуматора с различни съпротивления, свързани по определен начин, и общият ток през веригата. Търсят се четири величини наведнъж, което изисква последователно прилагане на няколко правила: как се разпределя токът при това свързване, как се пресмята падът върху всеки елемент и как се получава напрежението на входа. Отговорите тук са оформени като цели групи стойности, тоест една грешка в която и да е стъпка прави цялата група невярна. Подборът на разсейващите отговори заслужава отделно внимание. При всички задачи възможностите се различават само по мястото на десетичната запетая. Ученик, който пропусне, че съпротивлението е дадено в килоома, а токът в милиампера, ще получи число, което също фигурира сред отговорите. Така тестът отсява точно онези, при които проблемът не е в познаването на закона, а в работата с представките. Верните отговори не са приложени, което позволява материалът да се използва за реално изпитване. За учителя: кратък контрол след упражнението по темата, който се провежда за част от час. Задачите се използват заедно или поотделно, като първите три са подходящи за бърза проверка, а четвъртата за оценяване. Анализът на грешките показва веднага дали затруднението е в закона, или в мерните единици. За ученика: възможност да провери дали прилага зависимостта свободно и дали преобразува правилно единиците. Подходящ за упражняване преди класно, преди лабораторно занятие и при преговор на темата. Четири задачи върху един от най-простите закони във физиката. И достатъчно капани, за да се провери дали наистина е усвоен.

Четири лабораторни упражнения, но не бланки, а завършени протоколи. Всяко от тях е минато докрай: с измерените стойности в таблиците, с начертаните графики и с написаните изводи накрая. Разликата спрямо празно задание е огромна, защото едва след като види попълнен протокол, човек разбира какво точно се иска от него. Четирите упражнения обхващат трите големи групи материали в електрониката плюс готовите елементи, направени от тях. Това е и логиката на подредбата, от материала към изделието. Първото е върху проводниците и поведението им при нагряване. Изследвани са четири различни образеца, сред които чист метал, две съпротивителни сплави и резистивен слой, така че се вижда колко различно реагират. Освен измерванията протоколът стига и до изчислени величини: температурни коефициенти за всеки интервал, средна стойност, теоретично пресметнати съпротивления в краищата на обхвата и коефициент на топлопроводност по каталожни данни. Второто е върху диелектриците при същото условие, промяна на температурата. Тук се работи с два параметъра едновременно и се минава през коефициент, който отчита геометрията на образеца, преди да се стигне до относителната диелектрична проницаемост и до температурния коефициент. Третото е върху магнитните материали и е най-графичното от четирите. В него се снема основната крива на намагнитване, определят се двете характерни величини на хистерезиса и се чертае граничният цикъл, а накрая се изчислява динамичната проницаемост. Четвъртото затваря кръга с готовите елементи. В него се гледа как се променят съпротивлението на различни видове резистори, параметрите на термистор и капацитетът на различни видове кондензатори при нагряване, с отделни графики за относителните изменения. Всеки протокол е по един и същи образец, което прави комплекта удобен за работа. Задание, теоретична постановка, схема на опитната постановка, таблица с резултати, графики и накрая анализ и изводи. Схемите са печатни и ясни, таблиците са с реални числа, а графиките са начертани на милиметрова хартия, така че се вижда и как се нанасят точките и как се прокарва кривата. Най-ценното обаче е последният раздел. Изводите са кратки, по две или три изречения, но показват точно какво се очаква да се забележи от експеримента и как се формулира. Това е частта, която обикновено затруднява най-много, защото в заданието не пише какво да се заключи. Какво получаваш. Четири завършени протокола по един и същ образец. Реални измервания и реални сметки, не примерни числа. Начертани графики за всяко упражнение. И готови формулировки на изводи, по които се вижда какво се очаква да бъде забелязано. За какво служи. За подготовка преди влизане в лабораторията, за да е ясно какво предстои. За разбиране как се обработват измерените данни и как се стига от таблицата до графиката. За проверка на собствените сметки, когато резултатът изглежда странен. И за преговор на понятията преди защита. Понятия: проводникови материали, диелектрични материали, магнитни материали, пасивни електронни елементи, специфично съпротивление, температурен коефициент на съпротивлението, коефициент на топлопроводност, диелектрична проницаемост, тангенс на ъгъла на диелектричните загуби, крива на намагнитване, коерцитивен интензитет, остатъчна магнитна индукция, хистерезисен цикъл, магнитна проницаемост, термистор, температурна чувствителност. Полза за преподавателя: готов образец за това как трябва да изглежда предаден протокол, с попълнени таблици, начертани графики и формулирани изводи, по който се задават изискванията в началото на семестъра. Полза за студента: яснота какво точно се иска във всеки раздел. След прегледа се знае как се попълва таблицата, как се нанасят точките на графиката и в каква посока се мисли, когато се пишат изводите.

Заснети изпитни листове, всеки с по две задачи, номерирани в горния десен ъгъл – деветнадесет файла, покриващи девет отделни варианта. Материалът не е учебник и не е сборник с теория: това са реални условия от изпита, каквито се падат на самата дата. Устройството на всеки вариант се повтаря и точно затова е предвидимо. Първата задача винаги е анализ на верига при установен синусоидален режим, втората – преходен процес след затваряне на ключ. Който реши няколко варианта, вече знае какво го чака. Първите задачи са с най-разнообразни схеми. Срещат се вериги с индуктивно свързани бобини и означена взаимна индуктивност, мостови схеми с елементи по диагоналите, вериги с включен ватметър, схеми с по два и три източника на напрежение и с източници на ток. Всички стойности са дадени изрично – съпротивления, реактивни съпротивления, взаимно съпротивление, мигновени стойности на е.д.н. и на токовете с амплитуда, честота и начална фаза. Търсеното е формулирано като номериран списък и обхваща целия обем на упражнението: комплексните токове по всички клонове, преминаването им към мигновени стойности, напрежение между определени точки, комплексна мощност на източниците, показание на ватметъра, а в един от вариантите – активната мощност, предавана по индуктивен път. Вторите задачи проверяват друго умение. Дадена е верига с бобина и кондензатор, ключ и известни стойности, а се търсят токът и напрежението като функции на времето след комутацията. В част от вариантите има допълнително условие – кондензаторът е предварително зареден до определено напрежение, което променя началните условия. Схемите са начертани четливо, с означени посоки на токовете, полярност на източниците, начални изводи на индуктивно свързаните бобини и положение на ключа. Материалът върши работа по два начина: като реален набор за самоподготовка преди изпит и като готов източник на условия за преподавател, който съставя нов вариант.

Четири цели изпитни варианта, оформени точно както се предават на самия изпит, плюс пет помощни файла с готови отговори на често задавани въпроси. Примерни изпитни варианти по дисциплината материалознание. Как изглежда един вариант Всеки от четирите е на четири страници и започва с попълваща се част: група, име, фамилия, факултетен номер и дата. Веднага след нея стои таблица за оценяването, в която са посочени максималните точки за всеки от четирите раздела и общият сбор. Остава място за получените точки, така че листът се връща с попълнена оценка. Тази таблица е най-полезното нещо за подготовка: по нея веднага се вижда кой раздел тежи най-много и съответно откъде да се започне. Четирите раздела Структурата при всички варианти е една и съща, но темите се сменят, което позволява да се покрие целият учебен материал. Първият раздел е винаги за диелектриците, но при всеки вариант е избрано различно явление: загубите, поляризацията, електропроводимостта или пробивът. Вторият е за свойствата на материалите, като при различните варианти се разглеждат проводниковите, полупроводниковите или магнитните. Третият е за самите материали по групи: полупроводникови, проводникови или магнитни. Четвъртият е за електронните елементи и разглежда ту кондензаторите, ту резисторите. Така четирите варианта заедно обхващат почти цялата дисциплина, а поотделно всеки проверява различна комбинация от теми и не повтаря предходния. Видовете задачи Разнообразни и точно това е сериозното им предимство. Има задачи за дефиниции, при които трябва да се формулира понятие със свои думи. Има задачи с избор измежду няколко твърдения, при това с изрично уточнение, че верните отговори може да са повече от един. Отделна група са задачите, при които е дадена формула и се иска да бъдат описани елементите в нея, или обратното, между няколко записа трябва да се избере верният. Друга изисква чертане: характеристики, зависимости, еквивалентни схеми. Точките за всяка задача са посочени до нея, което позволява времето да се разпредели разумно. Помощните файлове Пет на брой, оформени като въпроси с кратки отговори. Въпросите са от същите теми и обхващат понятия, свойства, зависимости и сравнения между материали. При повечето е посочена и страницата от учебника или номерът на лекцията, където темата е разгледана подробно. Това ги прави удобни за бърза подготовка: прочита се краткият отговор, а ако нещо не е ясно, веднага се вижда къде да се потърси. За учащия: четири варианта, по които се вижда какво точно се пита, как се разпределят точките и какви типове задачи да се очакват. Подходящи за подготовка за изпит, за преговор по раздели, за самопроверка и за решаване в реални условия с ограничено време. За преподавателя: готови варианти с разработена точкова система, по които лесно се съставят нови комбинации от теми. Таблицата за оценяване в началото се използва направо, с променени стойности за отделните раздели.

Примерен изпитен вариант – с отговорите. Не просто списък със задачи, а самият вариант, върху който вече е работено: верните отговори са отбелязани, формулите са попълнени, елементите са описани, графиките са построени. Точно това търси всеки, който се готви за изпита и иска да знае не само какво ще го питат, а и как изглежда добре решен вариант. Структурата е ясна още от заглавната таблица. Четири раздела, всеки със своята тежест в точки, и обща стойност сто. Така веднага се вижда кой дял носи най-много и къде си струва да се вложи повече подготовка. Първият раздел е за загубите в диелектричните материали. В него влизат дефиниция, величината, чрез която загубите се оценяват, еквивалентна схема с векторна диаграма и означаване на елементите, изразите за специфичните загуби с техните размерности, съставът на тангенса на ъгъла на загубите, анализ на честотната зависимост при трите гранични случая и температурната зависимост, както и изразите за активните и за йонизационните загуби. Вторият раздел покрива проводниковите свойства. Тук са видът проводимост, строежът на металите и произходът на колективните електрони, изразът за подвижността, разпределението на Ферми и разчитането му по графика, температурният коефициент на специфичното съпротивление, законът на Видеман–Франц, графичната зависимост при чисти метали, влиянието на примесите, контактът между два метала и термоелектродвижещото напрежение. Третият раздел е за полупроводниковите материали и включва работа с таблица с параметри на два основни материала, валентности при полупроводникови съединения с примери, начина за измерване на чистотата и метода за изтегляне на монокристал. Четвъртият раздел е за кондензаторите: активни и пасивни елементи, волт-амперна характеристика, определения, номинално напрежение, времеконстанта, последователна еквивалентна схема по израза за пълното съпротивление и особеностите на електролитните кондензатори. Подредбата следва логиката на самия учебен курс – от поведението на диелектрика, през металите и полупроводниците, до готовия електронен елемент. Затова вариантът върши работа и като план за преговор. Типовете задачи са разнообразни и това е важно. Освен въпроси с избор има попълване на формула, описване на елементите с размерности, построяване на графика, чертане на схема и въпроси с повече от един верен отговор. Файлът е сканиран, а решенията са нанесени на ръка върху самия вариант – така се вижда и какъв обем отговор се очаква на изпита. Обемът е четири страници – достатъчно, за да покрие целия курс, и достатъчно кратко, за да се прегледа наведнъж вечерта преди изпита. За преподавателя: готов примерен вариант с разпределение на точките – удобен за подготовка на изпит или за упражнение. За студента: най-прекият начин да се подготви – реален изпитен вариант, решен докрай, с ясно кой раздел колко тежи.

Лабораторното упражнение е свършено, измерванията са записани, но протоколът трябва да изглежда както се иска – с теория, таблици, изчисления и изводи. Този готов протокол показва точно такъв завършен вид и може да послужи като модел за оформяне на собствената работа. Материалът е изготвен по установената форма за лабораторен протокол и започва със заглавна част – висше училище, факултет, катедра, учебен предмет, номер и тема на упражнението, място за оценка и за подпис. Следва разделът със заданието, изведено в три отделни точки. Първата поставя изследване на зависимостта на съпротивлението от температурата при различни видове резистори в определен температурен интервал, определяне на температурните им коефициенти и изчисляване на стойности извън измерения обхват, както и графично представяне. Втората точка е насочена към термистор – изчисляване на коефициента на температурна чувствителност и на константата, определяне на температурния коефициент и на съпротивлението при две гранични температури. Третата точка е за температурните коефициенти на капацитета при няколко вида кондензатори, също с графично представяне. Теоретичната постановка е разгърната и подредена. В нея са разгледани предназначението на резисторите и класификациите им по няколко признака – по конструктивно изпълнение на токопроводящия елемент, по използван материал и по обединен признак. Изброени са основните параметри и са дадени изразите за съпротивлението, за съпротивлението на слоен резистор и за температурния коефициент. Отделно са представени термисторите и двата им вида, а след това и кондензаторите – класификация по вида на диелектрика в пет отделни групи, основни параметри и изразът за температурния коефициент на капацитета. След теорията е обособено място за схемата на опитната постановка. Практическата част съдържа две таблици с резултати. Първата обхваща три позиции на превключвателя и представя измерените стойности на съпротивлението, относителното изменение и температурния коефициент при пет температурни стойности. Втората таблица е за четири позиции и по същия начин проследява капацитета, относителното му изменение и температурния коефициент. Всички клетки са попълнени с реални измервания и с изчислени стойности, което прави протокола използваем и като пример за пресмятанията. Изложението завършва с анализ и изводи, в които са съпоставени получените стойности, и с обособена част за графиките. На преподавателя материалът може да послужи като образец при поставяне на изискванията към оформянето на протокол – с ясна структура, попълнени таблици и изведени изводи. На студента протоколът дава пълна представа как изглежда завършена лабораторна работа по темата – какво съдържа заданието, докъде стига теоретичната част, как се подреждат таблиците и как се формулират изводите. Полезен е при подготовка на собствен протокол, при преговор преди защита на упражнението и при подготовка за изпит по дисциплината.